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SCHWARZE LÖCHER
Rolle von Magnetfeldern bislang unterschätzt?
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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5. Juni 2014

Schwarze Löcher gelten in der Regel als Schwerkraftmonster, deren Anziehungskraft allen anderen auftretenden Kräften weit überlegen ist. Eine neue Studie zeigt aber nun, dass die magnetischen Kräfte in der Umgebung von Schwarzen Löchern die gleiche Stärke erreichen können wie die Schwerkraft. Für die Beobachtung und Interpretation Schwarzer Löcher könnte dies Folgen haben.

Schwarzes Loch

Computersimulation von Gas (gelb), das in Richtung eines zentralen Schwarzen Lochs (zu klein, um auf dieser Skala sichtbar zu werden) einströmt. Nach oben und nach unten ist jeweils ein durch Magnetfelder stark gebündelter Materiestrahl oder Jet mit Magnetfeldlinien zu sehen. Bild: Alexander Tchekhovskoy (LBNL)

Von Schwarzen Löchern ist bekannt, dass sie ihre Umgebung durch ihre extrem hohe Schwerkraftwirkung dominieren. Im direkten Umfeld von Schwarzen Löchern wirken aber auch andere Kräfte, von denen man bisher annahm, dass sie im Vergleich zur Gravitation deutlich schwächer sind. Dazu gehören Kräfte, die vom Druck des einfallenden heißen Gases verursacht werden oder auch von Magnetfeldern.

Jetzt ergab eine Studie von Forschern des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) und des amerikanischen Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), dass die magnetischen Kräfte in der Umgebung von Schwarzen Löchern die gleiche Stärke erreichen können wie die Schwerkraft.

Bei einer Reihe von Schwarzen Löchern, die interstellares Gas aus ihrer Umgebung aufsaugen, wird ein kleinerer Teil des Gases nicht verschluckt, sondern in Form von zwei entgegengesetzt gerichteten stark gebündelten Materiestrahlen wieder ins All beschleunigt. Man findet diese sogenannten Jets etwa bei supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren von aktiven Galaxien. Sie verraten sich durch ihre Radiostrahlung. Genau solche Schwarzen Löcher haben die Astronomen in ihrer Untersuchung betrachtet.

"Wir haben festgestellt, dass wir mit der Radiostrahlung der Jets von einem Schwarzen Loch die Magnetfeldstärke in der direkten Umgebung des Schwarzen Lochs bestimmen können", erläutert Mohammad Zamaninasab, der seine Arbeiten in seiner Zeit am MPIfR durchgeführt hatte. "Es gab einen richtigen Aha-Effekt, als wir die Resultate unserer Magnetfeldmessungen mit denen der Schwerkraft in der Nähe von Schwarzen Löchern verglichen und feststellten, dass sie von der Größe vergleichbar sind."

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Von einem theoretischen Standpunkt aus kann die Möglichkeit, dass die Magnetkraft im Bereich von Schwarzen Löchern vergleichbar wird mit der Schwerkraft, mithilfe moderner Computersimulationen nachvollzogen werden. "Sobald das einfallende Gas in unseren Simulationen ein genügend starkes Magnetfeld mit sich führt, wird der Einfluss des Magnetfelds in der Nähe des Schwarzen Lochs so stark, dass er mit der Gravitation ins Gleichgewicht kommt", erklärt Alexander Tchekhovskoy vom LBNL. "Dadurch wird das Verhalten des Gases im Bereich des Schwarzen Lochs grundlegend verändert."

Die Magnetfeldstärke bei diesen exotischen Objekten ist kurioserweise vergleichbar mit dem Magnetfeld, das in uns vertrauter Umgebung hier auf der Erde erzeugt wird, nämlich bei der Kernspintomografie im Krankenhaus oder in einer Arztpraxis. Sowohl Schwarze Löcher mit der milliardenfachen Masse unserer Sonne als auch Kernspintomografen erzeugen Magnetfelder, die rund 10.000 mal stärker sind als das Magnetfeld unserer Erde, wie es in einem normalen Kompass angezeigt wird.

Die Messung der Magnetfeldstärke in der Umgebung des Schwarzen Lochs beruht auf einem Verfahren, mit dem der Anteil der Radiostrahlung bestimmt wird, der an verschiedenen Messpunkten im Bereich der Jet-Basis absorbiert wird. "Solche Daten gibt es bereits für rund 100 Galaxien aus früheren Projekten einer ganzen Reihe von international besetzten Forschungsteams, die dafür das Very Long Baseline Array oder VLBA genutzt haben, ein Netzwerk von über die ganzen Vereinigten Staaten von Hawaii bis zu den Virgin Islands verteilten Radioteleskopen", erläutert Tuomas Savolainen vom MPIfR, der auch zum Team gehörte. "Ein großer Teil der Messungen ist erst seit kurzem allgemein zugänglich, auf der Grundlage eines umfassenden Beobachtungsprogramms namens MOJAVE zur systematischen Überwachung von Hunderten solcher Jets, die durch supermassereiche Schwarze Löcher erzeugt werden."

Die Magnetfeldstärke im Bereich des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs wirkt sich direkt auf die Stärke der Jets aus und damit, zumindest nach einer verbreiteten Theorie, auch auf deren Leuchtkraft in Radiowellenlängen. Das würde erklären, warum die ausgesprochen leuchtkräftigen Radiojets in den Zentren aktiver Galaxien gerade von solchen Systemen von Schwarzen Löchern herrühren, in denen Magnetfelder vergleichbar stark mit der Gravitation auftreten. Diese Ergebnisse könnten zu einer Änderung in der Interpretation der Beobachtungen von Schwarzen Löchern führen.

"Wenn unsere Vorstellungen einer genaueren Überprüfung standhalten, dann müssten die bisherigen Annahmen der Astronomen zur Messung der Eigenschaften von Schwarzen Löchern geändert werden", schließt Eric Clausen-Brown vom MPIfR. "Die Untersuchung ändert außerdem unsere Erwartungen darüber, wie leistungsstark die Schwarzen Löcher ausfallen können. Da die Jets darüber hinaus ihre Trägergalaxien und ihre Umgebung beeinflussen, könnte es sogar dazu führen, dass wir unsere Grundannahmen über den Einfluss von Schwarzen Löchern auf ihre Umgebung überdenken müssen."

Über ihren Ergebnisse berichten die Astronomen jetzt in der Wissenschaftszeitschrift Nature.

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siehe auch
Schwarze Löcher: Das Flackern von Schwarzen Löchern - 16. Oktober 2008
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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